起落架作為飛機(jī)重要的承力且兼具操縱特性的部件，在飛機(jī)起飛、著陸、滑行和地面停放過程中承擔(dān)關(guān)鍵角色[1]。在起落架設(shè)計(jì)中，面臨著諸多挑戰(zhàn)，如在起落架設(shè)計(jì)的不同階段，接口參數(shù)需與主機(jī)進(jìn)行多輪協(xié)調(diào)和反復(fù)修改，使設(shè)計(jì)方案不斷變化；起落架設(shè)計(jì)單位之間、設(shè)計(jì)與制造單位之間人員和資源多地布局，技術(shù)和信息需頻繁進(jìn)行交互和協(xié)作；起落架系統(tǒng)零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及工藝因素繁多，關(guān)鍵參數(shù)受制于試驗(yàn)結(jié)果，研制周期緊張等。面對上述挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的以單機(jī)單用戶為核心的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法已阻礙了現(xiàn)代飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)的發(fā)展。
因直觀、高效、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，三維協(xié)同設(shè)計(jì)已在水利水電工程設(shè)計(jì)[2-3]和航空器設(shè)計(jì)領(lǐng)域[4-7]得到了應(yīng)用。本文以公司基于ENOVIA VPM開發(fā)完成的飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)協(xié)同系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺，通過人員組織權(quán)限管理、鎖機(jī)制、權(quán)限傳送控制等安全機(jī)制，利用關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)、基于模型的定義技術(shù)和設(shè)計(jì)復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)某型飛機(jī)起落架的三維協(xié)同和并行設(shè)計(jì)，為現(xiàn)代飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)提供了有效的新方法。
協(xié)同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)
1 統(tǒng)一數(shù)據(jù)源
傳統(tǒng)基于單機(jī)CAD工具的飛機(jī)起落架數(shù)字化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)離散地分布于各設(shè)計(jì)員的計(jì)算機(jī)中，使用時各專業(yè)間數(shù)據(jù)交叉?zhèn)鬟f，間接引用（如圖1所示），不僅效率低下，而且準(zhǔn)確性和一致性難以保證。基于ENOVIA VPM的飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)協(xié)同系統(tǒng)提供了“電子倉庫（Vault）+數(shù)據(jù)庫（DB2）”的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源存儲和管理機(jī)制，各相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)人員通過統(tǒng)一的客戶端登陸系統(tǒng)，基于同一服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)源的唯一性和共享性，而且可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，為典型的C/S架構(gòu)，服務(wù)器端電子倉庫（Vault）存儲物理文件數(shù)據(jù)，包括幾何模型文件和文檔數(shù)據(jù)等，而數(shù)據(jù)庫（DB2）存放數(shù)據(jù)對象的屬性信息和前述物理文件的索引信息。
圖1 基于單機(jī)CAD工具的飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳遞
圖2 基于ENOVIA VPM的飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)
2 數(shù)據(jù)安全性保障
統(tǒng)一數(shù)據(jù)源帶來數(shù)據(jù)讀寫風(fēng)險(xiǎn)，通過人員組織權(quán)限管理、鎖機(jī)制和權(quán)限傳送控制保證了數(shù)據(jù)安全和穩(wěn)定。
2.1 人員組織權(quán)限管理
飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)協(xié)同系統(tǒng)中的人員組織包含項(xiàng)目、組織、角色和人員4大元素，可以分別進(jìn)行權(quán)限控制。項(xiàng)目、組織、角色3項(xiàng)形成一個上下文，每位設(shè)計(jì)員可用不同上下文登陸系統(tǒng)進(jìn)行工作。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)對象的操作和訪問權(quán)限主要包括：創(chuàng)建、刪除、瀏覽、修改、傳送所有權(quán)、加鎖/解鎖、升級/降級等，權(quán)限管理機(jī)制如圖3所示。通過授權(quán)（Privilege）和遮罩（Mask）兩種方式實(shí)現(xiàn)權(quán)限控制，其主要區(qū)別在于：授權(quán)用來定義安全的對象方法（如創(chuàng)建、刪除、修改等），而遮罩用來定義安全的對象訪問（如對象屬性的可見性及訪問權(quán)限等）。
圖3 人員組織權(quán)限管理機(jī)制
2.2 鎖機(jī)制
在傳統(tǒng)飛機(jī)起落架設(shè)計(jì)過程中，數(shù)模的傳遞和修改不受限制，往往是數(shù)模所有者將數(shù)據(jù)向使用者傳遞出去的同時就失去了對其有效性和準(zhǔn)確性的控制。
而在設(shè)計(jì)協(xié)同系統(tǒng)中，無論是通過LCA客戶端對模型屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，還是通過Navigator客戶端在CATIA中直接對數(shù)模幾何形狀、鏈接、實(shí)例位置等進(jìn)行修改，必須首先對該模型進(jìn)行鎖定。只有被鎖定的數(shù)據(jù)對象，其修改才會被保存進(jìn)VPM數(shù)據(jù)庫；而被所有者鎖定的數(shù)據(jù)，其他人員僅可瀏覽無法修改，這避免了對同一數(shù)據(jù)的同時寫入風(fēng)險(xiǎn)。
2.3 權(quán)限傳送控制
權(quán)限傳送功能允許數(shù)據(jù)對象所有者將所有權(quán)傳送給其他人員，這些數(shù)據(jù)對象包括：零部件參考、零部件實(shí)例、文檔和技術(shù)包。通過權(quán)限傳送控制，主任設(shè)計(jì)師可以首先創(chuàng)建完成產(chǎn)品部件結(jié)構(gòu)樹，然后將不同部件的權(quán)限傳送給相應(yīng)主管設(shè)計(jì)人員，各設(shè)計(jì)人員可以分別對自己具有所有權(quán)的產(chǎn)品同時進(jìn)行設(shè)計(jì)并保存進(jìn)VPM數(shù)據(jù)庫，并行工作，互不干涉。
協(xié)同設(shè)計(jì)方法
1 基于骨架的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)
關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)建產(chǎn)品與其上下文中零部件之間幾何鏈接關(guān)系，管理產(chǎn)品設(shè)計(jì)生命周期過程中因果聯(lián)系的技術(shù)，它改變以往通過尺寸驅(qū)動、裝配約束零部件自底向上生成產(chǎn)品的方法，轉(zhuǎn)而采用先建立產(chǎn)品總體站位和布局的點(diǎn)、線、面（即骨架模型）后通過骨架模型約束和驅(qū)動零部件形狀和位置的自頂向下的方法，從而實(shí)現(xiàn)骨架模型的更改直接帶動零部件形狀和位置的更新，如圖4、圖5所示。通過關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，可以在進(jìn)行數(shù)模修改之前就提前預(yù)估其原因和影響，提前評估修改代價(jià)，縮短開發(fā)時間。